[发明专利]基于GPU的多层水体光子传输半解析蒙特卡洛仿真方法

权利要求书

1.一种基于GPU的多层水体光子传输半解析蒙特卡洛仿真方法，其特征在于，包括：

S101，在CPU的内存中分配固定的输入输出数据储存空间；

S102，在GPU的显存中分配固定的输入输出数据储存空间；

S103，在CPU端对输入参数赋初值，并将初值传入GPU端；所述输入参数包括水体状态参数、光子初始状态参数和其它配置参数；

S104，在GPU端进行并行光子计算；

S105，记录接收能量及接收深度；

S106，判断所有光子是否都完成模拟，如果否，重复对所述输入参数赋初值，并将初值传入GPU端，如果是，累计记录结果并传回CPU端；

S107，在CPU端对记录结果进行统计绘图，输出不同散射次数的回波信号强度与深度的变化情况，获得最终仿真结果；

所述S104～S106，具体包括：

A，发射光子到水中；

B，在GPU端进行并行光子计算和记录接收能量及接收深度，具体包括：

B11，计算随机步长，依据输入的水体状态参数计算光子因为吸收散射导致的状态参数的变化；变化的状态参数包括光子位置、光子方向和光子能量；

B12，判断此时的光子是否满足激光雷达接收器的孔径和视场角条件，如果满足，计算激光雷达接收器能接收到的能量大小并记录；如果不满足，不进行记录；

B13，判断此时的光子能量是否小于设定阈值，如果光子能量比阈值小，说明光子湮灭或逸出边界，反之光子继续循环，进行下一个随机步长计算，直至湮灭或逸出边界；

或者，

B21，计算随机步长，依据输入的水体状态参数计算光子因为吸收散射导致的状态参数的变化；变化的状态参数包括光子位置、光子方向和光子能量；

B22，产生一个随机波长作为激发的荧光的波长，根据波长、吸收能量以及水体状态参数，计算荧光能量大小，根据荧光的散射相函数计算荧光的方向，将荧光光子的波长、方向、位置及能量入栈；

B23，判断此时的光子是否满足激光雷达接收器的孔径和视场角条件，如果满足，计算激光雷达接收器能接收到的波长和能量大小并记录；如果不满足，不进行记录；

B24，判断此时的光子能量是否小于设定阈值，如果光子能量比阈值小，说明光子湮灭或逸出边界，反之光子继续循环，进行下一个随机步长计算，直至湮灭或逸出边界；

B25，判断栈是否为空，如果不为空，荧光光子的波长、方向、位置及能量出栈，继续循环，进行下一个随机步长计算，直至湮灭或逸出边界；

或者，

B31，计算随机步长，依据输入的水体状态参数计算光子因为吸收散射导致的状态参数的变化；变化的状态参数包括光子位置、光子方向和光子能量；

B32，根据光子位置、接收器位置、入射光Stokes矢量以及水体状态参数，计算后向散射的Stokes矢量；

B33，判断此时的光子是否满足激光雷达接收器的孔径和视场角条件，如果满足，计算激光雷达接收器能接收到的能量大小和后向散射的Stokes矢量并记录；如果不满足，不进行记录；

B34，判断此时的光子能量是否小于设定阈值，如果光子能量比阈值小，说明光子湮灭或逸出边界，反之光子继续循环，进行下一个随机步长计算，直至湮灭或逸出边界；

C，光子湮灭或逸出边界后判断是否所有光子都完成模拟，如果所有光子都完成，则累计记录结果并传回CPU端，反之则继续发射下一个光子进入水中。

2.根据权利要求1所述的基于GPU的多层水体光子传输半解析蒙特卡洛仿真方法，其特征在于，在CPU的内存中分配输入输出数据储存空间；在GPU的显存中分配输入输出数据储存空间；将CPU端所赋初值传入GPU端。

3.根据权利要求1所述的基于GPU的多层水体光子传输半解析蒙特卡洛仿真方法，其特征在于，所述水体状态参数包括水体层厚、层数、各层的吸收系数和散射系数；所述光子初始状态参数包括光子位置、光子方向和光子能量；所述其它配置参数包括望远镜视场角大小、望远镜孔径、激光雷达离水高度和发射的光子总数。